Abstract Embryonic growth trajectory is a risk factor for chronic metabolic and cardiovascular disorder. Grb10 is a negative regulator of the main pathways driving embryonic growth. This study investigates the long-term cardiometabolic consequences and transcriptomic profiles of transient disruption of grb10a expression in Danio rerio. Knockdown was associated with increased embryonic growth (+7%) and metabolic rate (+25%), and decreased heart rate (- 50%) in early life. Juvenile growth and respiratory rate were also elevated (+30% and 7-fold increase respectively). The transcriptome was permanently remodelled by this transient disruption, with dysregulation of multiple growth, cardiac, and metabolic pathways. Phenotypic alteration persisted into adulthood, resulting in a leaner body with elevated skeletal and cardiac muscle content and aerobic scope (43%). This study not only confirms for the first time that transient disruption of a single gene can result in permanent transcriptomic remodelling but correlates this remodelling with persistent alterations to the adult cardiometabolic phenotype.

Abstract Respirometry is the current gold-standard for measuring metabolic rate. However, there is a growing need for metabolic rate measurements suitable for developmental studies, particularly in Danio rerio , where many important developmental stages occur at < 4 mm. While many metabolic studies rely on respirometry, the cost and complexity of the equipment limits its appeal in non-specialist labs, and background respiration becomes increasingly problematic as the size of the organism reduces. Here, glucose uptake was compared to stop-flow respirometry as an alternative measure of metabolic rate more suitable to the small scale required for developmental studies. A Passing-Bablok regression revealed the rate of glucose uptake can be considered equivalent to oxygen consumption as a measure of metabolic rate in Danio rerio larvae within a 95% limit of agreement. Therefore, glucose uptake is a valid alternative to the gold-standard in small organisms where conventional respirometry is problematic. Summary statement The rate of glucose uptake is a valid alternative to respirometry for metabolic rate measurements in small larval fish.

Abstract The troponin (Tn) complex, responsible for the Ca 2+ activation of striated muscle, is composed of three interacting protein subunits: TnC, TnI, and TnT, encoded by TNNC , TNNI , and TNNT genes. TNNI and TNNT are sister gene families, and in mammals the three TNNI paralogs ( TNNI1 , TNNI2 , TNNI3 ), which encode proteins with tissue-specific expression, are each in close genomic proximity with one of the three TNNT paralogs ( TNNT2 , TNNT3 , TNNT1 , respectively). It has been widely presumed that all vertebrates broadly possess genes of these same three classes, although earlier work has overlooked jawless fishes (cyclostomes) and cartilaginous fishes (chimaeras, rays and sharks), which are distantly related to other jawed vertebrates. With a new phylogenetic and synteny analysis of a diverse array of vertebrates including these taxonomic groups, we define five distinct TNNI classes ( TNNI1 -5), with TNNI4 and TNNI5 being only present in non-mammalian vertebrates and typically found in tandem, and four classes of TNNT ( TNNT1-4 ). These genes are located in four genomic loci that were generated by the 2R whole-genome duplication events. TNNI3 , encoding ‘cardiac TnI’ in mammals, was independently lost in cartilaginous and ray-finned fishes. Ray-finned fishes predominantly express TNNI1 in the heart. TNNI5 is highly expressed in shark hearts and contains an N-terminal extension similar to that of TNNI3 found in tetrapod hearts. Given that TNNI3 and TNNI5 are distantly related, this supports the hypothesis that the N-terminal extension may be an ancestral feature of vertebrate TNNI and not an innovation unique to TNNI3 , as has been commonly believed.

Abstract Contraction of atrial smooth muscle in the hearts of semi-aquatic emydid turtles regulates ventricular filling, and it has been proposed that it could regulate stroke volume during characteristic rapid transitions in cardiac output associated with diving. For this hypothesis to be supported, atrial smooth muscle should be widely distributed in diving Testudines. To further understand the putative function and evolutionary significance of endocardial smooth muscle in Testudines, we studied the hearts of loggerhead sea turtles, Caretta caretta (n=7), using immunohistochemistry and histology. Surprisingly, we found no evidence of prominent atrial smooth muscle in C. caretta . However, smooth muscle was readily identified in the sinus venosus. Our results suggest atrial smooth muscle does not contribute to the diving capabilities of C. caretta , indicating that the possible roles of smooth muscle in emydid turtle hearts requires a re-evaluation. In sea turtles, the sinus venosus may instead contribute to regulate cardiac filling.

Abstract Exposure to elevated temperatures during embryogenesis can influence the plasticity of tissues in later-life. Despite these long-term changes in plasticity, few differentially expressed genes are ever identified, suggesting that the developmental programming of later-life plasticity may occur through the modulation of other aspects of the transcriptomic architecture, such as gene network function. Here, we use network modelling approaches to demonstrate that warm temperatures during embryonic development (developmental warming) have consistent effects in later-life on the organisation of transcriptomic networks across four diverse species of fishes: Scyliorhinus canicula, Danio rerio, Dicentrarchus labrax , and Gasterosteus aculeatus . The transcriptomes of developmentally warmed fishes are characterised by an increased entropy of their pairwise gene interaction networks, implying a less structured, more ‘random’ set of gene interactions. We also show that, in zebrafish subject to developmental warming, the entropy of an individual gene within a network is associated with that gene’s probability of expression change during temperature acclimation in later-life. However, this association is absent in animals reared under ‘control’ conditions. Thus, the thermal environment experienced during embryogenesis can alter transcriptomic organisation in later-life, and these changes may influence an individual’s responsiveness to future temperature challenges.